🐣🧫🔬【化学魔法!干细胞变身 "胚胎创始人",8 天长出完整器官雏形🐣
广州国家实验室李欢欢、景乃禾团队,联合 Jose C.R. Silva 团队在《Cell》搞出大突破!他们用小分子化合物 "施法",把小鼠胚胎干细胞(ESCs)变成了 8-16 细胞阶段的 "诱导胚胎创始人细胞(iEFCs)",还让这些细胞在培养皿里上演了完整的胚胎发育秀,从着床前到器官发生(相当于 E8.5-E8.75 胚胎)全程复刻,堪称 "人造胚胎天花板"✨!
🧪 小分子的 "变身魔法" 超神奇
研究团队用 CHIR99021、E616452、AM580 三种小分子组合,分两阶段给 ESCs"换身份"(图2)。60 小时后,ESCs 成功变身 iEFCs,不仅同时表达 OCT4、CDX2、GATA6 三大关键因子,基因表达和染色质状态还和天然 8-16 细胞胚胎高度吻合,连单细胞测序都骗不过它(图2F-H)。更绝的是,这招对不同品系小鼠的 ESCs 都管用,稳定性拉满!
🦠 全能选手的 "发育秀" 超精彩
iEFCs 可不是花架子,既能在体外自组织形成囊胚样结构(成功率 95%),也能在嵌合实验中贡献到胚胎和胚外所有谱系(图3)。更震撼的是,它们能直接发育成完整胚胎模型(iEFC-EM):第 5 天形成卵圆柱结构,第 6 天经历原肠运动,第 8 天就长出 6-14 对体节、前中后脑、跳动的心脏管、视泡、原生殖细胞和肠道雏形(图5图6),和天然胚胎长得几乎一模一样!
🧬 分子层面的 "复刻度" 超逼真
单细胞测序证实,iEFC-EM 的细胞类型和基因表达和天然胚胎高度契合。神经 ectoderm 分化出前中后脑和神经嵴,中胚层发育出体节和心肌细胞,内胚层形成前肠、中肠、后肠(图7图8),甚至还能找到迁移中的原生殖细胞 —— 这可是其他胚胎模型都没做到的事(图8E-H)!心脏不仅能跳,还会经历环化过程,完美复刻发育轨迹(图7N-O)。
🌟 研究的 "打开方式" 超实用
这个系统全程不用转基因,仅靠小分子和化学培养基,操作简单还高效:65% 能发育到卵圆柱阶段,54.2% 能成功进入器官发生期(图5G)。相比之前需要混合多种干细胞的模型,iEFC-EM 更接近天然胚胎发育模式,还能批量生成,给发育生物学研究、药物筛选、疾病建模提供了 "活的胚胎模板"。
不过目前 iEFC-EM 还没法发育到更晚期,缺少母体信号支持是主要瓶颈。但这已经是胚胎建模的巨大突破,未来有望解锁更多发育奥秘,甚至为再生医学提供新思路。